掺杂下表面的水接触角 均大于90°。这表明，制备方法可获得具有疏水性表面的掺杂类金刚石薄膜。
[0035] 本发明还提供一种采用上述制备方法得到的掺杂类金刚石薄膜，其包括类金刚石 薄膜和至少一种掺杂金属元素。该掺杂金属元素的原子百分含量为0.13%~40%。所述 掺杂类金刚石薄膜包括一疏水性表面，该疏水性表面的水接触角大于90°。
[0036] 下面结合具体实施例对本发明的掺杂类金刚石薄膜的制备方法进行说明：
[0037] 实施例1 :
[0038] 根据第一性原理计算模拟金属原子与碳原子的成键特征，筛选出与碳原子具有反 键特征的掺杂金属元素：Cu元素。
[0039] 通过线性离子束复合磁控溅射方法制备掺杂类金刚石薄膜。其中，线性离子束工 作气体为乙炔，磁控溅射为直流磁控溅射，基片的材料为硅片和玻璃。掺杂Cu的原子百分 含量为24. 4at. %。
[0040] 经过测试，该掺杂类金刚石薄膜的表面的水接触角为104.4°，残余应力为 0.03GPa〇
[0041] 实施例2:
[0042] 根据第一性原理计算模拟金属原子与碳原子的成键特征，筛选出与碳原子结合具 有反键特征的掺杂金属元素 Cu及与碳原子结合具有非键特征的掺杂金属元素 Cr :CuCr双 兀ITC素。
[0043] 通过线性离子束复合磁控溅射方法制备掺杂类金刚石薄膜。其中，线性离子束工 作气体为甲烷，磁控溅射为射频磁控溅射，基片的材料为玻璃和不锈钢。掺杂Cu的原子百 分含量为〇. 13at. %，掺杂Cr的原子百分含量为0. 17at. %。
[0044] 经过测试，该掺杂类金刚石薄膜的表面的水接触角为103.6°，残余应力为 0. 99GPa〇
[0045] 实施例3 :
[0046] 根据第一性原理计算模拟金属原子与碳原子的成键特征，筛选出与碳原子具有反 键特征的掺杂金属元素：Ag元素。
[0047] 通过线性离子束复合磁控溅射方法制备掺杂类金刚石薄膜。其中，线性离子束工 作气体为乙炔，磁控溅射为高功率脉冲磁控溅射，基片的材料为硅片和不锈钢。掺杂Ag的 原子百分含量为2. 25at. %。
[0048] 经过测试，该掺杂类金刚石薄膜的表面的水接触角为123. 8°。
[0049] 对比例1 :
[0050] 采用线性离子束沉积法制备纯类金刚石薄膜。其中，所述线性离子束工作气体为 乙炔。得到的纯类金刚石薄膜的表面的水接触角为66.8°，残余应力为2. 5GPa。
[0051] 对比例2:
[0052] 根据第一性原理计算模拟金属原子与碳原子的成键特征，筛选出与碳原子结合具 有非键特征并且形成碳化物相的掺杂金属元素：W元素。
[0053] 通过线性离子束复合磁控溅射方法制备具有不同掺杂含量的掺杂类金刚石薄膜。 其中，线性离子束工作气体为乙炔，磁控溅射为直流磁控溅射，基片的材料为硅片和玻璃。 掺杂W的原子百分含量从I. 08at. %变化至31. 74at. %。
[0054] 请参见图4,经过测试，该掺杂类金刚石薄膜的表面的水接触角均小于8Γ。可 见，掺杂与碳原子结合具有非键特征并且形成碳化物相的金属元素 W后，该得到的掺杂类 金刚石薄膜的表面仍然为亲水性，并未改变其固有亲水性。
[0055] 相较于现有技术，本发明所述掺杂类金刚石薄膜及其制备方法具有以下优点：第 一，通过离子束法形成类金刚石薄膜，并在类金刚石薄膜的成膜过程中通过磁控溅射法向 所述类金刚石薄膜掺杂至少一种该掺杂金属元素，一方面金属原子的掺杂可促使类金刚石 薄膜中sp 2/sp3键态比例的增加，降低了薄膜的表面能极性分量，另一方面该掺杂金属元素 易于以金属纳米团簇的形式从碳网络结构中析出，并导致类金刚石薄膜具有不同形貌特征 以及粗糙度的表面，两者相互作用，从而获得具有疏水性能的掺杂类金刚石薄膜；第二，通 过筛选与碳原子结合具有反键特征的掺杂金属元素，然后进行预定含量的掺杂，可获得具 有良好疏水性能的掺杂类金刚石薄膜。该方法具有可控性和可操作性，易于产业化。
[0056] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其包括如下步骤： a根据第一性原理计算模拟金属原子与碳原子的成键特征，筛选出与碳原子具有反键 特征的掺杂金属元素； b通过离子束法形成类金刚石薄膜，并在类金刚石薄膜的成膜过程中通过磁控溅射法 向所述类金刚石薄膜掺杂至少一种该掺杂金属元素，得到掺杂类金刚石薄膜，其中该掺杂 金属元素的原子百分含量为0. 13%~40%。2. -种如权利要求1所述的掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，当向所述类 金刚石薄膜掺杂一种掺杂金属元素时，该掺杂金属元素的原子百分含量为20%~40%。3. -种如权利要求1所述的掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，当向所述 类金刚石薄膜掺杂两种及两种以上掺杂金属元素时，该掺杂金属元素的原子百分含量为 0. 13%~20%。4. 一种如权利要求1所述的掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，该掺杂金属 元素为Cu、Ag、Au、Co、Ni、Pt中的至少一种。5. -种如权利要求1所述的掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述离子束 复合磁控溅射法中采用的离子束为线性离子束，碳源气体为甲烷、乙炔或苯。6. -种如权利要求5所述的掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述离子束 复合磁控溅射法具体为：在反应室内通入碳源气体，利用离子束沉积法形成类金刚石薄膜， 同时在形成类金刚石薄膜的过程中，利用磁控溅射法向类金刚石薄膜掺杂所述掺杂金属元 素。7. -种如权利要求1所述的掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述离子束 复合磁控溅射法中使用的磁控溅射电源为直流、射频、中频、高功率脉冲电源中的一种。8. -种如权利要求1所述的掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，所述掺杂类 金刚石薄膜包括一疏水性表面，该疏水性表面的水接触角大于90°。9. 一种采用如权利要求1至8任一项制备方法得到的掺杂类金刚石薄膜，其特征在 于，其包括类金刚石薄膜和至少一种掺杂金属元素，该掺杂金属元素的原子百分含量为 0. 13%~40%。10. -种如权利要求9所述的掺杂类金刚石薄膜，其特征在于，所述掺杂类金刚石薄膜 包括一疏水性表面，该疏水性表面的水接触角大于90°。
【专利摘要】本发明提供一种掺杂类金刚石薄膜的制备方法，其包括如下步骤：a根据第一性原理计算模拟金属原子与碳原子的成键特征，筛选出与碳原子具有反键特征的掺杂金属元素；b通过离子束法形成类金刚石薄膜，并在类金刚石薄膜的成膜过程中通过磁控溅射法向所述类金刚石薄膜掺杂至少一种该掺杂金属元素，得到掺杂类金刚石薄膜，其中该掺杂金属元素的原子百分含量为0.13％～40％。本发明还提供一种掺杂类金刚石薄膜。
【IPC分类】C23C14/06, C23C14/22
【公开号】CN104947037
【申请号】CN201510292141
【发明人】孙丽丽, 汪爱英, 李晓伟, 徐胜, 王骏, 郭鹏
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月30日